Dựa trên công nghệ buồng dập chân không và tác động cực nhanh của thiết bị đóng cắt, ABB đã nghiên cứu và phát triển thành công thiết bị nối đất tác động cực nhanh để bảo vệ sự cố hồ quang nội bộ xuất hiện bên trong các tủ điện trung thế.
Trên thực tế, các tủ điện khi vận hành ở trong các điều kiện đặc biệt hoặc khi người vận hành thao tác đóng/ cắt sai có thể dẫn đến sự cố và gây phát sinh hồ quang bên trong tủ. Điều này sẽ gây nguy hiểm rất lớn cho tính mạng của người vận hành cũng như thiết bị. Một câu hỏi đặt ra khi đó là: Có thiết bị nào để khắc phục các sự cố như trên và giải pháp gì để bảo vệ an toàn cho người vận hành và thiết bị trong những trường hợp sự cố như thế? Đó là: “Thiết bị nối đất tác động cực nhanh” (Ultra Fast Earthing Switch – UFES) của ABB.
Thiết bị này có thể lắp đặt trong các tủ điện có điện áp định mức lên tới 40,5kV và dòng điện chịu đựng ngắn mạch tới 63kA. Về kỹ thuật, thiết bị này nâng cao sự tin cậy của giàn tủ và độ an toàn cho người vận hành. Về kinh tế nó giúp giảm thiểu thời gian ngừng cấp điện, thời gian sửa chữa và nhất là chi phí mua sắm vật tư thay thế khi sự cố hồ quang xảy ra.
UFES hoạt động dựa trên nguyên tắc ngăn chặn năng lượng hồ quang (năng lượng này sẽ thoát ra một cách không thể kiểm soát khi có sự cố) nhờ hệ thống tiếp đất cực nhanh cả ba pha. Với đặc tính trở kháng thấp, dòng ngắn mạch xuất hiện (do sự cố hồ quang gây ra) sẽ ngay lập tức được chuyển mạch để nối đất và dập tắt hồ quang.
UFES có cấu tạo gồm ba cực sơ cấp U1 và một thiết bị điện tử – QRU. Các cực này giống nhau về kích thước hình dạng, gồm buồng chân không hai khoang và bao bởi lớp epoxy bảo vệ bên ngoài. Hai khoang của buồng chân không này được phân cách bằng một màng, một khoang chứa cực di động và được nối với đất; khoang kia chứa cực cố định và đấu nối với phía điện áp cao. Mỗi cực có chứa một bộ phát khí mồi tác động rất nhanh. Bộ phát khí này có nguyên lý hoạt động giống như túi khí bảo vệ (airbag) sử dụng trong công nghiệp xe hơi, làm việc như cơ cấu chấp hành của piston và điều khiển piston. Thiết bị điện tử QRU sẽ phát hiện dòng điện, cường độ ánh sáng khi sự cố xảy ra và sẽ tác động chính xác gần như tức thời.
Khi hồ quang nội bộ xuất hiện trong tủ điện, thiết bị điện tử QRU sẽ phát hiện ra dòng điện sự cố (thông qua biến dòng điện) và ánh sáng hồ quang (thông qua cảm biến quang lắp tại các khoang mạch lực trong tủ). Gần như đồng thời, bộ phát khí sẽ kích hoạt và đẩy piston. Piston này sẽ trượt vào khoang thứ nhất của buồng chân không, xuyên qua màng phân cách và “ăn” vào cực cố định ở khoang thứ hai để đưa dòng ngắn mạch xuống đất. Khi đó, sự cố hồ quang sẽ bị nối đất và dập tắt hoàn toàn trong vòng chưa đầy 4ms kể từ khi bị phát hiện.
Xử lý thông tin đầu vào Thiết bị điện tử QRU gồm ba đầu vào, cho phép giám sát liên tục dòng điện. Tốc độ đáp ứng – một yếu tố quan trọng để phát hiện dòng điện sự cố, có thể được điều chỉnh để phù hợp với những điều kiện bảo vệ khác nhau. Với mức tiêu thụ điện thấp (dưới 1VA), bộ đo lường dòng điện của thiết bị điện tử QRU có thể nối vào cuộn dây nhị thứ của hệ thống các biến dòng điện hiện hữu.
Ngoài việc giám sát dòng điện, QRU còn có chín đầu vào quang để phát hiện ánh sáng hồ quang. Trạng thái của thiết bị bảo vệ sự cố hồ quang được quan sát qua đèn LED đơn và LED bảy đoạn trên màn hình hiển thị. Ngoài ra, các tiếp điểm đầu ra của bộ QRU có thể sử dụng cho các mục đích: truyền tín hiệu trạng thái đến phòng điều khiển; gửi lệnh cắt tới máy cắt “phía trước” (là máy cắt cấp điện tới vị trí sự cố) hay khóa không cho đóng lại máy cắt sau khi có sự cố.
Cùng với chức năng giám sát điện tử, bộ phát khí mồi cũng được giám sát liên tục. Thiết bị điện tử QRU có thể chuyển sang chế độ thử nghiệm (Test mode), khi đó các tín hiệu đầu ra tác động tới lô tủ sẽ được mô phỏng; tín hiệu cắt cũng sẽ được hiển thị nhưng không truyền đến bộ phát khí mồi. Khi kết hợp với bộ phát hiện ánh sáng hồ quang (TVOC), một bộ thiết bị điện tử QRU có khả năng giám sát tới 54 khoang khác nhau của cả giàn tủ trung thế (mỗi tủ gồm ba khoang – thanh cái, máy cắt, cáp lực sẽ tương ứng với việc giám sát được tới một giàn bao gồm 18 tủ). Việc giám sát riêng rẽ từng khoang cũng giúp dễ dàng xác định khoang tủ bị sự cố. Ngoài ra, trong trường hợp khách hàng lắp đặt mở rộng giàn tủ, các mô-đun mở rộng (mỗi mô-đun chứa chín cổng vào quang) sẽ được lắp bổ sung vào bộ phát hiện ánh sáng hồ quang để phục vụ cho việc giám sát và bảo vệ các tủ mới lắp đặt này.
Cả hệ thống được bảo vệ Là giải pháp bảo vệ sự cố hồ quang nội bộ một cách “chủ động”, phù hợp cho cả các tủ lắp đặt mới hoặc các tủ đang làm việc, thiết bị này có thể lắp đặt ở tủ điện có điện áp định mức lên tới 40.5kV, dòng chịu đứng ngắn mạch lên tới 63kA. Giải pháp này giúp loại trừ sự cố nặng nề với giàn tủ, thiết bị và giảm ảnh hưởng tới môi trường. Trên hết, nó tăng cường độ tin cậy cho hệ thống, đặc biệt là đảm bảo an toàn cho người vận hành khi có sự cố hồ quang xảy ra. Ngoài ra, lắp đặt giải pháp này cũng giúp giảm bớt các thiết kế đường ống bổ sung (thường dùng để giải thoát năng lượng hồ quang và được lắp trên nóc tủ) với các tủ được lắp tại các vị trí không thuận tiện như mặt bằng, không gian chật, hẹp.
Một số hình ảnh về cách lắp đặt So sánh thời gian tồn tại hồ quang và các tác động với phương án bảo vệ khác nhau:
Với thiết bị bảo vệ thông thường: – Thời gian tồn tại hồ quang: 200 – 300ms – Phát hiện bởi rơ-le thông thường – Loại trừ dòng sự cố do hồ quang bằng các máy cắt phía trước – Thiệt hại có thể: gây cháy, nổ hay nguy hiểm cho người vận hành
Với thiết bị bảo vệ tác động nhanh: – Thời gian tồn tại hồ quang: tối đa là 50 – 100ms kể từ khi phát hiện – Phát hiện bởi rơ-le tác động nhanh – Loại trừ dòng sự cố do hồ quang bằng các máy cắt phía trước – Hạn chế được các thiệt hại có thể xảy ra với con người và thiết bị
Sử dụng thiết bị nối đất tác động cực nhanh của ABB: – Thời gian tồn tại hồ quang: nhỏ hơn hoặc bằng 4ms – Phát hiện cực nhanh bởi thiết bị điện tử QRU – Ngay lập tức đập tắt hồ quang bởi thiết bị nối đất cực nhanh – Loại trừ dòng sự cố do hồ quang bằng các máy cắt phía trước – Thiệt hại có thể với thiết bị và người vận hành: hầu như là không
Giải pháp ban đầu Ban đầu, ABB dự định sử dụng giải pháp này bằng cách lắp bộ UFES trong một kiện, sau đó lắp kiện này trực tiếp lên tủ của khách hàng. Tuy nhiên, việc này sẽ cần rất nhiều các thiết kế kỹ thuật liên quan và hơn hết khách hàng sẽ mất đi quyền được bảo hành đối với tủ hiện hữu. Giải pháp thứ hai được đề xuất sau đó là lắp tại khoang cáp tủ lộ tổng – là cách mà ABB đã thực hiện với tủ tổng do ABB sản xuất và cung cấp trước đây. Tuy nhiên, giải pháp này cũng không thành công bởi vấn đề về khoảng cách cách điện.
Cuối cùng, để có thể sử dụng được giải pháp này, khách hàng đã chuyển một tủ rỗng hiện hữu đến nhà máy của ABB tại Ratingen – Đức để các nhân viên kỹ thuật ở đây cải tạo và lắp đặt thiết bị trên hệ thống xe nâng sẵn có. Tại công trường, giàn tủ hiện hữu chỉ việc kết nối với tủ cùng loại đã được lắp thêm thiết bị UFES. Ngoài ra, để đảm bảo phát hiện được cả dòng điện và ánh sáng hồ quang, bộ phát hiện ánh sáng TVOC-2 cũng được lắp đặt trên tủ mở rộng này.
Giải pháp này thể hiện sự linh hoạt của thiết bị UFES, khi nó có thể được lắp đặt với cả các tủ điện không phải do ABB sản xuất.
(Nguồn: automation.net.vn)
